D-A窄带隙有机小分子半导体材料溶解性改造与光伏器件性能研究

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基本信息

  • 批准号:
    21402080
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0503.有机功能材料化学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The synthesis of organic semiconductor materials which dissolved in environmental friendly solvent is the fundamental driving force to processing the active layer of organic photovoltaic with low-cost and low-pollution methods. In present work, not only the solubility of organic semiconductor, but also the morphology between donor and acceptor materials are controlled through the introduction of ethylene oxide (EO) chains on D-A narrow-band-gap conjugated molecular, benefited from which high performance environment-friendly active layer is prepared. Specifically, the spectral absorption of organic semiconductor is guaranteed by the rational selection of donor and acceptor units on the conjugated backbone. Meanwhile, the solubility of organic molecular is modulated by the introduction of EO flexible chains. Especially, the morphology of active layer is controlled by the hydrophilic interaction between the EO chains on both donor and acceptor materials, as well as the self-assembly between EO chain and inorganic nano-particles, which is related to the exciton separation and charge transport. From computational simulation, the relationship between organic molecular structure and spectral absorption, as well as the relation between the EO chains and the intermolecular interaction are both discussed in depth. Eventually, the impact mechanism of molecular structure which combined D-A conjugated backbone with flexible chains to the material solubility, the active layer morphology and the photovoltaic performance is established. Furthermore, based on the optimization of device structure, high performance organic solar cell is prepared with environment-friendly solvent processing.
从分子结构设计出发,合成溶于环境友好型溶剂的有机半导体材料是实现光伏器件活性层制备低成本、低污染的根本方法。本项目通过在窄带隙D-A共轭有机分子上引入多聚氧化乙烯(EO)链,实现有机半导体给体材料的溶解性改造及其与受体材料的分子间排列形貌调控,制备环境友好型溶剂加工的高效率活性层材料。通过共轭主链给受体单元的合理设计实现半导体分子光谱吸收的保证;通过EO柔性链的修饰实现半导体分子溶解性的调控;通过给受体材料上EO链间的亲水作用、EO链与无机纳米粒子的自组装作用实现对活性层形貌及其对激子分离和载流子传输的调控;通过模拟计算分析,对有机分子构造与光谱吸收,EO链与分子间作用力及排列的关系进行深入的探讨。建立D-A共轭主链—柔性链的分子构造对材料溶解性能、活性层形貌、光伏性能的作用机制。在此基础上,结合器件结构优化,制备环境友好型溶剂加工的高效率有机太阳能电池。

结项摘要

该项目已在ACS Appl. Mater. Interfaces, Polym. Chem., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, J. Phys. Chem. C等刊物上发表SCI论文11篇,其中影响因子大于3以上9篇。通过对主链结构单元、π桥、柔性侧链、取代基、末端基和第三单元结构的设计调控了有机半导体材料的溶解性能、能级、光学电学性能(Polymer 2015,J. Phys. Chem. C, 2015,RSC Adv. 2015,Chem. Res. Chin. Univ. 2017)。通过在共轭骨架中引入四氟苯等含氟结构,调控了有机半导体材料的光谱吸收范围、能级、载流子迁移率和器件效率,获得了材料的高开路电压,高结晶性和才稳定性,设计合成了氟化有机光伏材料(Polym. Chem. 2015,J. Phys. Chem. C 2016, Synthetic Metals 2017,Macromol. Rapid Commun. 2017)。制备了醇溶性共轭电解质界面材料,通过控制共轭聚电解质上极性基团的含量,通过调节小分子共轭电解质的共轭骨架,通过改变极性基团的不同连接顺序,达到了调控界面性能的作用,获得了有机太阳能电池的效率提升及其稳定性的增强(ACS Appl. Mater. Interfaces 2016,Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2016,Phys. Chem. Chem. Phys., 2016)。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Structure Evolution of Fluorinated Conjugated Polymers Based on Benzodithiophene and Benzothiadiazole for Photovoltaics
光伏用苯并二噻吩和苯并噻二唑含氟共轭聚合物的结构演化
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.5b00663
  • 发表时间:
    2015-04
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu Feiyan;Deng Zhiqiang;Li Chunquan;Chen Lie;Chen Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen Yiwang
Polyfluorene Electrolytes Interfacial Layer for Efficient Polymer Solar Cells: Controllably Interfacial Dipoles by Regulation of Polar Groups
用于高效聚合物太阳能电池的聚芴电解质界面层:通过极性基团的调节来控制界面偶极子
  • DOI:
    10.1021/acsami.6b00637
  • 发表时间:
    2016-04-20
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Liu, Huimin;Hu, Lin;Chen, Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen, Yiwang
Highly-efficient polymer solar cells realized by tailoring conjugated skeleton of alcohol-soluble conjugated electrolytes
通过定制醇溶性共轭电解质的共轭骨架实现高效聚合物太阳能电池
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2016.07.039
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Xiufen Jin;Yunping He;Chao Liu;Feiyan Wu;Yazhou Xu;Liqiang Huang;Lie Chen;Yiwang Chen
  • 通讯作者:
    Yiwang Chen
Alternating terpolymers based on tunable Bi-donors with manipulating energy levels and molecular geometry
基于可调节能级和分子几何形状的可调节双供体的交替三元共聚物
  • DOI:
    10.1007/s40242-017-6322-8
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    CHEMICAL RESEARCH IN CHINESE UNIVERSITIES
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Chen Zhenzhu;Yang Jia;Wu Feiyan;Chen Lie;Chen Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen Yiwang
Random copolymers containing tetrafluorophenylene unit with deep HOMO energy levels for solar cell applications
用于太阳能电池应用的具有深HOMO能级的含有四氟亚苯基单元的无规共聚物
  • DOI:
    10.1016/j.synthmet.2017.02.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Synthetic Metals
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Li Chunquan;Chen Zhenzhu;Wu Feiyan;Chen Lie;Chen Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen Yiwang

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其他文献

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    贾之慎
离子色谱电导检测法测定酒中的有
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    浙江大学学报(理学版),2006,33(3),312~315
  • 影响因子:
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  • 作者:
    吴飞燕;贾之慎;朱岩
  • 通讯作者:
    朱岩
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  • 通讯作者:
    吴飞燕

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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